Felipe Vilerla Nunes

7/24/2019 Felipe Vilerla Nunes

1/46

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

ESCOLA DE MINAS

COLEGIADODO CURSO DE ENGENHARIA DECONTROLE E AUTOMAO - CECAU

FELIPE VILELA NUNES

DESENVOLVIMENTO DE SISTEMA DE SEGURANA

UTILIZANDO MICROCONTROLADOR PIC18F4550

MONOGRAFIA DE GRADUAO EM ENGENHARIA DE

CONTROLE E AUTOMAO

Ouro Preto, abril de 2013


2/46

FELIPE VILELA NUNES

DESENVOLVIMENTO DE SISTEMA DE SEGURANA

UTILIZANDO MICROCONTROLADOR PIC18F4550

Monografia apresentada ao Curso de

Engenharia de Controle e Automao

da Universidade Federal de Ouro Preto

como parte dos requisitos para aobteno do Grau de Engenheiro de

Controle e Automao.

Orientador: Prof. Msc. Alex Vidigal

Co-orientador: Prof. Msc. Alan Kardek

Ouro Preto

Escola de Minas UFOP

abril/2013


3/46


4/46

AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeo Deus por iluminar meu caminho e possibilitar-me concluir o curso

com fora e sade.

Ao meu pai pelo apoio e conselhos.

Aos meus irmos, pela cumplicidade, carinho e auxlios.

A Fernanda, que tanto me apoiou e me aconselhou nos momentos mais difceis.

A Cristina, minha sogra, pelo carinho e ateno.

Ao meu orientador Prof. Alex Vidigal, Co-Orientador Alan Kardek e ao Tcnico de

Laboratrio Robson Nunes pelo aprendizado e pacincia.

A turma 07.2 pelo cumplicidade e pelas amizades.

Aos amigos Bruno Avelar e Bruno Dayrell da SEMPRA TECNOLOGIA pela ajuda no

desenvolvimento do projeto.

Aos professores e funcionrios da Universidade Federal de Ouro Preto.


5/46

RESUMO

O grande processo de globalizao trouxe consigo a diviso de classes na sociedade. Essa

diviso de classes inclui aqueles menos favorecidos, os quais, a maior parte desses,

influenciados pelo consumismo a que o capitalismo induz, cometem vandalismo, furtos e

roubos. Parte da sociedade tenta evitar essa agresso buscando mecanismos de escapatria.

No atual nvel de tecnologia em que se encontra o mundo, a automao se desenvolveu para

enfatizar e inovar os vrios sistemas controlveis que auxiliam o dia-a-dia das pessoas. Esses

sistemas incluem mecanismos de seguranas, como cmeras, cercas eltricas e sistema de

segurana de acesso controlado a residncias, escritrios, etc. Neste trabalho, foi desenvolvida

uma placa de circuito eletrnico com todos os dispositivos necessrios, para controlar uma

fechadura eltrica, do tipo residencial que incluem um teclado matricial, um LCD, e uma

programao que permitiu a interao do usurio com o referido sistema de acesso seguro.

Aps a finalizao do projeto, observou-se o funcionamento do sistema, como o esperado.

Entretanto, melhorias podem ser implementadas. Um grande diferencial deste trabalho foi o

baixo custo envolvido na sua produo.

Palavras chaves: Fechadura eltrica, microcontrolador, sistema de segurana.


6/46

ABSTRACT

The great globalization process brought the class division within the society. This includes

those less privileged, whom, influenced by consumerism that capitalism induces, commit

vandalism, theft and robbery. Part of the society tries to prevent this aggression by seeking

escape mechanisms for security. At this present state of technology in which the world

situates, automation has developed to emphasize and innovate controllable systems that

supports the day-to-day of people's lives. These include security mechanism systems, such as

cameras, electric fences and security system for controlled access to residential, offices, etc.

In this work, it was developed an electronic circuit board with all the necessary devices,

comprising a matrix keyboard and a LCD to control an electric lock (of the residential type)

and a program that allows the interaction between the user and the system. At the end of this

project, we found a perfect operating equipment. Nevertheless, improvements can be

implemented. A great advantage of this study was the low cost involved in its production.

KEYWORDS: Electronic lock, microcontroller, security system.


7/46

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 2.1 - Desenho esquemtico de um Microcontrolador ............................................. 16

FIGURA 2.2 - Microcontrolador PIC18F4550 ..................................................................... 18

FIGURA 2.3 - Teclado Matricial 4X4 .................................................................................. 19

FIGURA 2.4 - Teclado Matricial - Representao das linhas e das colunas ...........................20

FIGURA 2.5 - Display LCD 16x2 ........................................................................................ 20

FIGURA 2.6 - Escrita de caracteres no LCD de acordo com o cdigo binrio ...................... 20

FIGURA 2.7 - WorkSpacedo softwareMPLAB IDEdaMicrochip...................................... 23

FIGURA 3.1 - Workspace ISIS Proteus ................................................................................ 25

FIGURA 3.2 - Circuito projetado no ISIS Proteus ................................................................ 26

FIGURA 3.3 - Placa PCB finalizada .................................................................................... 27

FIGURA 3.4 - Placa PCB em formato 3D ............................................................................ 27

FIGURA 3.5 - Desenho da placa a ser impressa no papel fotogrfico ( layerinferior) ........... 28

FIGURA 3.6 - Desenho da placa a ser impressa no papel fotogrfico. .................................. 28

FIGURA 3.7 - Fenolite ou placa cobreada ............................................................................ 29

FIGURA 3.8 - Processo de transferncia da imagem para a placa cobreada .......................... 30

FIGURA 3.9 - Exemplo de placa de circuito impresso antes e depois envernizar. ................. 31

FIGURA 3.10 - Dimetro das ilhas de acordo com as brocas a serem utilizadas. .................. 32

FIGURA 3.11 - Esquema de um L.E.D de 5mm, com o anodo em destaque ......................... 33

FIGURA 3.12 - Placa de circuito impresso finalizada........................................................... 34

FIGURA 3.13 - Projeto finalizado com a estrutura em acrlico ............................................. 34

FIGURA 3.14 - Projeto finalizado com a estrutura em acrlico ............................................. 35

FIGURA 3.15 - Projeto finalizado com a estrutura em acrlico. ............................................ 36

FIGURA 4.1 - Exemplo da utilizao do define associado s portas do microcontrolador .... 38

FIGURA 4.2 - Programao das portas do microcontrolador ................................................ 38

FIGURA 4.3 - Utilizao dos comandos da biblioteca de LCD ............................................ 39

FIGURA 4.4 - Endereo das portas associados aos nome dos componentes.......................... 40

FIGURA 4.5 - Programao dos resistores internos depull-u............................................... 41

FIGURA 4.6 - Display ao pressionar o boto de cadastro de senha. ...................................... 41

FIGURA 4.7 - Cdigo para gravao na EEPROM .............................................................. 42

FIGURA 4.8 - Funo que compara a senha principal com a senha geral .............................43


8/46

"Querem que vos ensine o modo de chegar cinciaverdadeira? Aquilo que se sabe, saber que se sabe; aquilo queno se sabe, saber que no se sabe; na verdade este o

saber."

(Confcio)


9/46

LISTA DE TABELAS

TABELA 2.1 - Pinagem do Microcontrolador PIC18F4550 ................................................. 18

TABELA 2.2 - Displays L.C.D's disponveis ....................................................................... 21

TABELA 2.3 - Pinos do LCD ..................................................................................................22


10/46

LISTA DE SIGLAS

CPU - Central Processing Unit(Unidade Central de Processamento)

LCD - Liquid Cristal Display (Display de cristal liquido)

PWM - Modulao de Largura de Pulso

UART - Universal asynchronous receiver/transmitter

USART - Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter

ANSI -American National Standards Institute

CI - Circuito Integrado


11/46

Sumrio

1 INTRODUO ............................................................................................................... 12

1.1 Objetivos .................................................................................................................... 12

1.1.1 Objetivo geral .......................................................................................................... 12

1.1.2 Objetivos especficos ............................................................................................... 12

1.2 Metodologia Proposta ................................................................................................. 13

1.2.1 Material ................................................................................................................... 13

1.2.1.1 Equipamentos ....................................................................................................... 13

1.2.1.2 Reagentes ............................................................................................................. 14

1.2.1.3 Vidrarias e correlatos de uso geral ........................................................................ 14

1.3 Estrutura do trabalho .................................................................................................. 14

2 REVISO BIBLIOGRFICA ....................................................................................... 15

2.1 O Microcontrolador .................................................................................................... 15

2.2 Linguagem C .............................................................................................................. 16

2.3 Sistemas embarcados .................................................................................................. 16

2.4 Microcontrolador Famlia PIC18 ................................................................................ 16

2.5 Teclado matricial 4X4 ................................................................................................ 18

2.6 Display LCD 16X2..................................................................................................... 19

2.7 MPLAB IDE .............................................................................................................. 21

2.8 Compilador MPLAB C18 ........................................................................................... 22

3 DESENVOLVIMENTO ................................................................................................. 23

3.1 Mtodos Gerais .......................................................................................................... 23

3.1.1 Projeto de fabricao da placa de circuito impresso ................................................. 23

3.1.1.1 SoftwareProteus................................................................................................... 23

3.1.1.2 Desenho Esquemtico no ISIS Proteus.................................................................. 23


12/46

3.1.1.3 Montagem do PCB (3D) ....................................................................................... 25

3.1.2 Fabricao da Placa ................................................................................................. 27

3.1.2.1 Transferindo o desenho para a placa cobreada ...................................................... 28

3.1.2.2 Acabamento da placa ............................................................................................ 29

3.1.2.3 Corte da Placa....................................................................................................... 29

3.1.2.4 Processo de pintura da placa ................................................................................. 29

3.1.2.5 Processo de furao da Placa ................................................................................ 30

3.1.3 Inserindo os componentes (CI) e finalizao da placa de circuito impresso .............. 31

3.1.3.1 Inserindo os componentes nas ilhas ...................................................................... 31

3.1.3.2 Processo de soldagem ........................................................................................... 32

3.1.3.3 Finalizao da placa de circuito impresso ............................................................. 33

4 PROGRAMAO .......................................................................................................... 36

4.1 Desenvolvimento do programa para PIC18F4550 ....................................................... 36

4.2 Programao inicial .................................................................................................... 36

4.3 Programao dos "defines" ......................................................................................... 36

4.4 Programao das portas do microcontrolador ............................................................. 37

4.5 Programao do display LCD ..................................................................................... 38

4.6 Programao dos L.E.D's, Push Button, Buzzer e Rel ............................................... 38

4.7 Programao do teclado matricial 4x4 ........................................................................ 39

4.8 Programao do sistema de senha principal ................................................................ 40

4.9 Programao do sistema de senha geral ...................................................................... 41

5 CONCLUSO ................................................................................................................. 43

REFERNCIAS ................................................................................................................. 44


13/46

1 INTRODUO

A finalidade de sistemas de informao utilizados para gerenciar o acesso de indivduos aambientes garantir um acesso fcil e simplificado desses usurios devidamente autorizados e

impedir a entrada dos no autorizados. (DE FARIAS SANTOS et al., 2009).

Os grande problemas enfrentados para ambientes que so acessados por mais de uma pessoa

so, o controle de acesso, a utilizao de vrias chaves na fechadura (o que pode levar a um

defeito), principalmente a perda da chave, etc. O trabalho foi desenvolvido visando solucionar

todos os problemas citados, e no citados, construindo um sistema eletrnico de acesso

seguro, com um custo baixo e de grande confiabilidade.

Os sistemas de controle de acesso eletrnico podem ser, de forma geral, de dois tipos: o

primeiro, em que um sistema embarcado existe apenas para controlar o acesso de pessoas a

um determinado ambiente; e o segundo tipo, em que os sistemas passam a ser tambm

ferramentas de controle gerencial (SANTOS et al., 2007).

Props a criao de uma placa de circuito impresso com um sistema microcontrolado,utilizando de componentes de baixo custo e que permitem a segurana necessria ao ambiente

no qual o projeto ser utilizado.

1.1 Objetivos

1.1.1 Objetivo geral

Fabricar placa de circuito impresso para controle de fechadura eltrica com todos osdispositivos necessrios para o funcionamento do microcontrolador PIC18F4550; e

desenvolver programao, em linguagem C, para que o microcontrolador acione a fechadura

de acordo com a entrada de uma senha atravs de um teclado matricial.

1.1.2 Objetivos especficos

a) desenhar o modelo da placa utilizando software Proteus para a confeco da

placa de circuito impresso;


14/46

13

b) fabricar placa cobreada para a soldagem dos componentes a partir do desenho,

necessrios para o funcionamento do microcontrolador;

c) programar, em linguagem C, o firmware do microcontrolador para permitir

interao homem maquina;

d) montar uma estrutura para a placa e os dispositivos utilizados, LCD 16 x 2,

placa cobreada, teclado matricial.

1.2 Metodologia Proposta

A priori foi realizado o estudo do microcontrolador, utilizando o datasheetdo PIC18F4550,

verificando os componentes necessrios ao seu funcionamento quanto, tambm, as

especificaes dos componentes eletrnicos. Aps a anlise dos dispositivos necessrios, foi

projetado a placa de circuito impresso utilizando, para isso, o softwareProteus.

Aps desenvolvimento do projeto de circuito impresso, iniciou-se o processo de fabricao e

montagem da placa. Consequentemente, a programao em linguagem C pode ser realizada e

testada.

1.2.1 Material

1.2.1.1 Equipamentos

a) multmetro Minipa ET-1100 DMM;

b) estao de solda HAKO FX-951;

c) prensa Trmica Termopress Industria de Maquinas LTDA;

d) furadeira de bancada Ferrari Modelo FG 13B;

e) brocas de 1mm e 0,8mm;f) secadorBluesky;

g) chave de fenda;

h) lupa iluminada de bancada ToyoTL-1020;

i) segueta;

j) ebulidor mergulho (aquecedor de gua);

k) notebook DELL Vostro 3450.


15/46

14

1.2.1.2 Reagentes

a) percloreto de Ferro;

b) vernizElectrolubeCPLa base de polister;

c) vernizElectrolube PUCa base de Poliuretnica.

1.2.1.3 Vidrarias e correlatos de uso geral

a) esponja Multiuso dupla face;

b) bandeja em Polietileno 20x30 cm, altura 6 cm, capacidade 2,5 l;

c) l de ao;

d) detergente;

e) lixa n 80.

1.3 Estrutura do trabalho

O captulo 1 foi realizada uma introduo sobre o sistema de acesso seguro, abordando-se

tambm dois dos elementos mais importantes para o projeto, quais sejam, o microcontrolador

e a programao em linguagem C. O objetivo e a metodologia so tambm descritos ao longo

deste trabalho.

O captulo 2 faz uma reviso de outros trabalhos j realizados, detalhando os principais

componentes utilizados.

O captulo 3 demonstra os procedimentos utilizados para chegar montagem do dispositivo

que controla a fechadura eltrica.

O captulo 4 exemplifica como a programao para o microcontrolador foi realizada e suas

principais funes dentro do CI (circuito integrado).

O captulo 5 tem-se a concluso do trabalho e so expostas sugestes para continuidade e

melhoria do sistema desenvolvido.


16/46

2 REVISO BIBLIOGRFICA

2.1 O Microcontrolador

Em 1969, a BUSICOM fez um pedido a Intel solicitando um circuito integrado para as suas

calculadoras e que esse deveria ser produzido para os diversos tipos de produtos. Marcian

Hoff, engenheiro da Intel, props a BUSICOM uma idia revolucionria, um circuito

integrado programvel com esse dispositivo poderia ser utilizado em vrias aplicaes

mudando-se apenas a programao. Dessa idia, a Intel criou o primeiro microprocessador

conhecido como 4004, que era capaz de trabalhar com 4 bits a uma velocidade de 6kHz. A

partir desse circuito integrado, surgiu uma corrida para o desenvolvimento, chegando a uma

evoluo sem fim dos microprocessadores da atualidade.

Com a evoluo, surgiu a necessidade do conforto e praticidade. Televisores com controle

remoto, mquinas de lavar roupa, micro-ondas. Desse ponto, nasce a era dos sistemas

embutidos (os microcontroladores). Os microcontroladores seguem o mesmo princpio de um

microprocessador, entretanto, o microcontrolador no necessita de memria externa e

barramento externo para funcionar. Tudo isso (e mais) est embutido dentro de um circuito

integrado. Segundo Miyadaira (2009), os microcontroladores so pequenos dispositivos

dotados de "inteligncia", basicamente constitudos de Unidade Central de Processamento -

CPU (Central Processing Unit), memria (dados e programas) e perifricos (portas E/S, I2C,

SPI, USART etc.), de acordo com a Figura 2.1.

FIGURA 2.1 -Desenho esquemtico de um Microcontrolador

Fonte: Torres e Martins , 2011.


17/46

16

2.2 Linguagem C

A programao do microcontrolador pode ser realizada em linguagem C. A linguagem C,

tambm chamada de linguagem compilada, foi criada por Dennis Ritchie, em 1972, no centro

de pesquisas daBell Laboratories.

Inicialmente utilizada para reescrever o sistema operacional UNIX, que anteriormente era

escrito em Assembly, a linguagem C possui caractersticas como modularidade, compilao

separada, recursos de baixo nvel, confiabilidade, entre outros.

Na dcada de 70, o UNIX foi liberado para as universidades e, a partir desse ponto, a

linguagem C tornou-se amplamente conhecida e utilizada. Trata-se de uma linguagem de fcil

manipulao ao homem. Aps escrito todo o cdigo, deve-se utilizar um compilador para

tornar essa programao "legvel" ao microprocessador ou microcontrolador.

2.3 Sistemas embarcados

Sistema embarcado, ou sistema embutido, so dispositivos, circuito integrado, "invisveis"

que esto no nosso cotidiano como: TV's, celulares, cmeras digitais, etc.

Pode-se afirmar tratar-se de um dispositivo microprocessado, no qual as funes de um

computador esto embutidos nesse circuito integrado que realiza um conjunto de tarefas

predefinidas pelo programador, (tarefas essas que ser desenvolvida) de acordo com a

finalidade a ser empregado pelo sistema embutido.

2.4 Microcontrolador Famlia PIC18

O microcontrolador utilizado nesse trabalho foi o PIC18F4550, da Microchip, devido o seu

preo razovel e sua comunicao USB, que dispensa a utilizao de uma gravadora para

fazer o download dos programas na memria utilizando um notebook, por exemplo. Esse

microcontrolador possui 40 pinos, sendo que 35 so pinos de I/O, configurveis, de entrada e

sada digitais, 13 portas analgicas, sendo algumas digitais e analgicas, distribudos em 5

grupos de portas, PORT A, PORT B, PORT C, PORT De PORT E. Esses pinos tambm

tem outras funes como possuir comunicao serial, RX e TX, comunicao USB, entre

outros. De acordo com a Figura 2.2 e a Tabela 2.1.


18/46

17

FIGURA 2.2 - Microcontrolador PIC18F4550

Fonte: MICROCHIP, 2003.

TABELA 2.1 -Pinagem do Microcontrolador PIC18F4550

Fonte: MICROCHIP, 2003.


19/46

18

Segundo o DataSheet do PIC18F da Microchip (2003), a memria de programa do

microcontrolador pode ser apagada e escrita cerca de 100.000 vezes e 1.000.000 de vezes para

a memria EEPROM.

2.5 Teclado matricial 4X4

Foi utilizado um teclado matricial de membrana 4X4 , quatro linhas e quatro colunas. A

Figura 2.3 mostra o teclado matricial utilizado no projeto.

FIGURA 2.3 - Teclado Matricial 4X4

Esse teclado tem suas teclas ligadas por linhas e colunas. Quando uma tecla pressionada o

barramento daquele boto faz ligao com o barramento da coluna do mesmo. De acordo com

a Figura 2.4.

FIGURA 2.4 - Teclado Matricial - Representao das linhas e das colunas


20/46

19

2.6 Display LCD 16X2

Por tratar-se de componente de fcil utilizao e implementao, o display LCD (liquid cristal

display) tornou-se um dispositivo amplamente utilizado. Mais verstil que o 7-segmentos,permite a escrita de palavras, nmeros, smbolos, etc. De acordo com Figura 2.5 e Figura 2.6.

FIGURA 2.5 - Display LCD 16x2

FIGURA 2.6- Escrita de caracteres no LCD de acordo com o cdigo binrio

Fonte: Ilett, 1998.

Alm de iluminao de fundo para uma melhor visualizao no perodo noturno, o display

16x2 possui 16 colunas e 2 linhas, permitindo a escrita de 32 caracteres, 16 na linha 1 ou,


21/46

20

superior, e 16 na linha 2 ou, inferior. A Tabela 2.2 mostra outros mdulos LCD disponveis

no mercado.

TABELA 2.2 - Displays LCD's disponveis

Fonte: Barbacena e Fleury, 1996.

"Estes mdulos utilizam um controlador prprio, permitindo sua interligao com outras

placas atravs de seus pinos, onde deve ser alimentado o mdulo e interligado o barramento

de dados e controle do mdulo com a placa do usurio. Naturalmente que alm de alimentar e

conectar os pinos do mdulo com a placa do usurio dever haver um protocolo de

comunicao entre as partes, que envolve o envio de bytesde instrues e bytesde dados pelo

sistema do usurio"(BARBACENA e FLEURY, 1996).


22/46

21

A Tabela 2.3 mostra o display LCD 16x2, utilizado no projeto, o qual possui 16 pinos de

conexo.

TABELA 2.3- Pinos do LCD

Fonte: Barbacena e Fleury, 1996.

Segundo Barbacena e Fleury (1996) "Os mdulos LCD so projetados para conectar-se com amaioria das CPUs disponveis no mercado, bastando para isso que esta CPU atenda as

temporizaes de leitura, escrita de instrues e dados, fornecido pelo fabricante do mdulo."

2.7 MPLAB IDE

OMPLAB IDE um software de programao que permite uma integrao fcil e rpida com

o compilador C18 ou outro tipo de compilador. Ele permite gerenciar um projeto, compilar,

debugar e gravar o microcontrolador, dentre outras funes. A Figura 2.7 mostra o workspace

do softwareMPLAB IDE.


23/46

22

FIGURA 2.7 - WorkSpacedo softwareMPLAB IDEdaMicrochip

2.8 Compilador MPLAB C18

O compilador MPLAB C18 um software capaz de traduzir um cdigo de alto nvel, com

interface ao programador, para um cdigo correspondente de baixo nvel. Geralmente uma

linguagem simblica conhecida como assembly, para que possa ser interpretado por uma

mquina,por exemplo, o microcontrolador.

Sua caracterstica ser compatvel com o padro ANSI, programao simultnea em

linguagem C eAssemblyno mesmo projeto, possui uma numerosa quantidade de bibliotecas

(PWM, UART, USART, etc).


24/46

3 DESENVOLVIMENTO

3.1 Mtodos Gerais

O processo de desenvolvimento do projeto inicia-se com o desenvolvimento do desenho da

placa de circuito impresso. Em seguida, impresso em placa cobreada, corroso com cido,

limpeza, preparao da placa, soldagem dos componentes, verificao do sistema e insero

da programao no microcontrolador. Feito isso, dar-se ao inicio o processo de acabamento

do projeto.

3.1.1 Projeto de fabricao da placa de circuito impresso

3.1.1.1 SoftwareProteus

Para projetar o desenho que foi utilizado para a fabricao da placa de circuito impresso,

utilizou-se o softwareProteus.

"O software de desenho e simulao Proteus VSM uma ferramenta til para

estudantes e profissionais que desejam acelerar e melhorar suas habilidades para dodesenvolvimento de aplicaes analgicas e digitais. Ele permite o desenho de circuitos

empregando um entorno grfico no qual possvel colocar os smbolos

representativos dos componentes e realizar a simulao de seu funcionamento sem o risco

de ocasionar danos aos circuitos. A simulao pode incluir instrumentos de medio e a

incluso de grficas que representam os sinais obtidos na simulao. O que mais interesse

despertou a capacidade de simular adequadamente o funcionamento dos microcontroladores

mais populares (PICS, ATMEL-AVR, Motorola, 8051, etc.)" (Bermdez, 2000)

3.1.1.2 Desenho Esquemtico no ISIS Proteus

Todo projeto inicia-se com o desenho da placa de circuito impresso, neste caso, utilizando o

softwareProteus. A Figura 3.1 mostra Workspace ISIS Proteus.


25/46

24

FIGURA 3.1-Workspace ISIS Proteus

Adiciona-se ao workspaceo microcontrolador, nesse caso, o PIC18F4550, a partir dele foi

montado toda a estrutura do sistema.

Utilizou-se:

a) 1 microcontrolador PIC18F4550 para o controle do sistema;

b) 3 LED's: um vermelho para informar sistema fechado, um amarelo para

informar entrada de dados e um verde para informar acesso permitido ;c) 1 buzzer: dispara um breve alarme quando a senha for digitada erroneamente;

d) 1 rel: aciona a fechadura eltrica quando a senha for digitada corretamente;

e) 4 push button: dois para entrar no modo de gravao via USB, um para

gravao da senha principal e outro que no foi utilizado a priori. ;

f) 1 teclado matricial 4x4: utilizado para entrada de dados;

g) 1 LCD 16x2: permite a interao mquina usurio;

h) USB Tipo B: para alimentao 5 volts da placa e gravao do firmware;

i) regulador de tenso LM 7805: para que regule a alimentao da fechadura

(12V) para tenso de trabalho da placa (5V);

j) componentes necessrios para o funcionamento da placa (resistores, capacitores,

bornes e transistores).

Aps a montagem do circuito, foi feita uma simulao com o microcontrolador para poder

testar o funcionamento do circuito, para isso, utilizou-se a programao do projeto,

anteriormente escrita. A Figura 3.2 mostra o circuito projetado no ISIS Proteus.


26/46

25

FIGURA 3.2 -Circuito projetado no ISIS Proteus

3.1.1.3 Montagem do PCB (3D)

Concludo a etapa de desenho do circuito, deu-se o inicio a montagem do desenho da placa

que foi impressa na fenolite cobreada, nessa etapa utilizou-se o software ARES Proteus.

Dentro do ISIS clicou-se em transferir para o ARES. Em seguida, os componentes foram

dispostos a adequar a uma instalao da placa na porta do ambiente a ser controlado.

Componentes 3D que no estiverem na biblioteca do Proteus, tero que ser adicionado ou

desenhados com uma ferramenta CAD. Utilizando a funo autorouterdo softwareProteus,

criaram-se as trilhas testando as possibilidades existentes para que uma trilha no cruze a

outra. necessrio definir espaamento de trilha com 0,4mm para que o processo de corroso

por cido consiga separ-las. De acordo com as Figura 3.3 e Figura 3.4.


27/46

26

FIGURA 3.3- Placa PCB finalizada

FIGURA 3.4- Placa PCB em formato 3D


28/46

27

3.1.2 Fabricao da Placa

Finalizado os desenhos dos layouts, para a fabricao da placa, gerou-se um arquivo PDF no

softwareProteuspara ser impresso em um papel fotogrfico. Em seguida, em uma impressora

a laser, faz-se a impresso no papel fotogrfico. A Figura 3.5 e Figura 3.6 mostra como

ficaram as impresses dos layouts.

FIGURA 3.5 - Desenho da placa a ser impressa no papel fotogrfico (layerinferior)

FIGURA 3.6- Desenho da placa a ser impressa no papel fotogrfico.


29/46


30/46

29

FIGURA 3.8 - Processo de transferncia da imagem para a placa cobreada

Fonte: Faa voc mesmo

3.1.2.2 Acabamento da placa

O processo de acabamento dividido nas seguintes etapas, cortar a placa do tamanho do

circuito, pintar a placa com um verniz protetor e furar as ilhas do circuito.

3.1.2.3 Corte da Placa

A placa cobreada obtida no comrcio possui dimenses de 30x30 cm. O projeto ficou na

dimenso de 7,6x11 cm, com isso necessria remover o excedente.

Como uma segueta, espcie de serra menor para corte em metais, a placa foi cortada do

tamanho desejado.

3.1.2.4 Processo de pintura da placa

Segundo Fabio Domingos Pannoni 2007, "corroso pode ser definida, de modo simples, como

sendo a tendncia do metal produzido e conformado de reverter ao seu estado original, de

mais baixa energia livre. Uma outra definio, amplamente aceita, a que afirma que

corroso a deteriorao que ocorre quando um material reage com seu ambiente." Com isso,

aps o corte da placa, deve-se enverniz-la com um verniz de proteo, no caso, o vernizElectrolube CPL que alm de proteger o cobre da corroso, facilita na soldagem dos


31/46

30

componentes eletrnicos e evita um curto circuito, pois isola as trilhas da placa. Na parte

superior da placa, layout dos componentes, aplica-se o verniz PUC que fornece placa brilho

e resistncia. Aps corroso, a placa fica com a parte do circuito desejado com o cobre e a

parte que no deseja conexo fica apenas com a fenolite (Figura 3.9).

FIGURA 3.9 - Exemplo de placa de circuito impresso antes e depois envernizar.

Fonte: Nunes Dal Col, 2011.

3.1.2.5 Processo de furao da Placa

Com o verniz j seco, inicia-se o processo de montagem dos CI com a furao das ilhas do

circuito impresso. Para isso, utiliza-se de uma furadeira de bancada.

Para que os componentes possam ser afixados na placa de circuito impresso necessrio fazer

as devidas furaes levando em conta o tamanho da ilha produzida com o tamanho da broca a

ser utilizada (Figura 3.10).


32/46

31

FIGURA 3.10 - Dimetro das ilhas de acordo com as brocas a serem utilizadas.

Fonte: Nunes Dal Col, 2011.

Componentes em que o dimetro do filamento so de 0,8mm, as ilhas foram definidas para

brocas de 1mm, enquanto componentes com filamentos de 0,6mm, as ilhas foram desenhadaspara brocas de 0,8mm, assim, aps os furos, ainda teremos a presena de cobre ao redor do

furo, permitindo a conexo do sistema e a soldagem dos componentes.

3.1.3 Inserindo os componentes (CI) e finalizao da placa de circuito impresso

3.1.3.1 Inserindo os componentes nas ilhas

O processo de inserir os componentes na placa de circuito impresso um fator determinantepara que o projeto esteja em pleno funcionamento. Deve-se observar os componentes que

possuem anodo e catodo, buscando sempre lig-los de maneira correta. Seguir o modelo do

projeto pelo Proteus um fator que auxilia o processo de soldagem dos componentes.

Dispositivos como L.E.D's (Diodo Emissor de Luz), possuem terminais com anodo e catodo.

Na figura 3.11, observa-se que o anodo o filamento de maior comprimento, sendo assim, o

filamento menor o catodo. Outros componentes tambm possuem anodo e catodo, com isso,

a consulta do datasheet dos componentes faz-se necessrio.


33/46

32

FIGURA 3.11 - Esquema de um L.E.D de 5mm, com o anodo em destaque

Fonte:Everlight Eletronics, 2004.

3.1.3.2 Processo de soldagem

Verificado a posio dos componentes, utiliza-se uma estao de solda para fixar os CI's na

placa de circuito impresso fazendo com que a solda prenda na parte cobreada da ilha e no

filamento do dispositivo a ser fixado tornando possvel a conduo de corrente eltrica. Esse

processo demorado, melindroso e exige certa tcnica no processo de soldagem, ou seja,

deve-se posicionar a ponta da solda na ilha esquentando-a e posteriormente colocar o

filamento de solda na ponta do equipamento de soldagem.


34/46

33

3.1.3.3 Finalizao da placa de circuito impresso

Aps todo processo de projeto da placa, construo, soldagem dos componentes, foi fabricadouma estrutura, em acrlico, para fixao da placa de circuito impresso e do display LCD.

Observa-se a Figura 3.13, Figura 3.14 e Figura 3.15, o resultado final da placa de circuito

impresso e o projeto finalizado do sistema de controle de fechadura eltrica.

FIGURA 3.12 - Placa de circuito impresso finalizada.


35/46

34

FIGURA 3.13-Projeto finalizado com a estrutura em acrlico.


36/46

35

FIGURA 3.14- Projeto finalizado com a estrutura em acrlico.

Esse projeto fixado na porta que se deseja o controle e nele ligado a entrada do sistema de

acionamento da fechadura eltrica.


37/46

4 PROGRAMAO

4.1 Desenvolvimento do programa para PIC18F4550

Para a criao do cdigo que comanda o microcontrolador, foi utilizado o software da

Microchip, MPLAB IDE, que permite uma programao em linguagem C e Assembly

simultaneamente. O compiladorMPLAB C18, foi utilizador para converter a programao de

alto nvel, para uma de baixo nvel, ou seja, linguagem facilmente interpretada pelo homem

para linguagem de mquina.

4.2 Programao inicial

A priori, deve-se declarar as bibliotecas necessrias ao funcionamento do microcontrolador,

sendo a principal nesse caso a "#include ". Com isso, o compilador ir adicionar

ao projeto as definies da famlia PIC18. As outras bibliotecas so criadas e adicionadas ao

longo do projeto para uso na programao.

4.3 Programao dos "defines"

Os defines so uma das diretivas bsicas do microcontrolador que so de pr-processador e

no so compiladas. As diretivas bsicas podem ser inseridas em qualquer parte do programa,

so iniciadas com "#" e no possuem o ";" no final da linha de cdigo.

O define determina a uma palavra, ou identificador, a string que ir substituir. Por exemplo:

#define teste 15. Toda vez que escrevermos teste, o microcontrolador entender o valor 15.

Outro mtodo de usar o define para associar configurao de portas do microcontrolador,

assim, voc poder associar porta, o elemento a ela ligado (Figura 4.1).


38/46

37

FIGURA 4.1 - Exemplo da utilizao do define associado s portas do microcontrolador.

Esse mtodo de programao facilita quando deseja-se mudar de estado, 0 ou 1, das portas

associadas aos componentes eletrnicos durante todo o cdigo.

4.4 Programao das portas do microcontrolador

necessrio a programao das portas do microcontrolador para inform-lo o modo como

essas portas respondero, como analgica ou digital, e como entrada ou sada. Neste projeto,

como utilizou-se apenas de portas digitais, fez-se uso de uma programao que definiu todas

as portas como digitais. Criou-se uma funo, "ConfiguraSistema" (Figura 4.2), para que essa

seja chamada dentro da rotina principal.

FIGURA 4.2 - Programao das portas do microcontrolador


39/46

38

4.5 Programao do display LCD

Na programao do LCD, utilizou-se uma biblioteca j pronta e escrita pela empresaPICMINAS. Atravs dessa biblioteca, utilizando cdigos como: "PosicaoCursorLCD" que

define a posio do caractere no display, "EscreveFraseRomLCD" que escreve a palavra

desejada no LCD, LimpaDisplay que apaga o que estiver escrito no display, pode-se fazer a

programao necessria de modo mais simples. Essa biblioteca foi de grande auxilio, pois

permitiu o aumento da produtividade da programao (Figura 4.3).

FIGURA 4.3 - Utilizao dos comandos da biblioteca de LCD

4.6 Programao dos L.E.D's, Push Button, Buzzer e Rel

Os L.E.D's informaram quando o sistema est fechado, luz vermelha ligada, ou quando estiver

no momento de digitar a senha, luz amarela ligada, ou quando conseguiu-se xito na digitao

da senha, luz verde ligada.

Definiu-se que as portas dos L.E.D's, buzzer e rel so sadas digitais e as portas dos botes

(Push Button) so entradas digitais. Para acion-las foi utilizado a diretiva define para definir

palavra LED_RED, LED_GREEN, LED_YELLOW, RELE, BUZZER, BOTAO1,

BOTAO2 aos respectivos endereos de portas. FIGURA 4.4.


40/46

39

FIGURA 4.4 - Endereo das portas associados aos nome dos componentes.

Consequentemente, para se acender um L.E.D vermelho, programa-se da seguinte forma:

"LED_RED=1"; Dessa maneira, estaremos fazendo PORTDbits.RD1=1.

4.7 Programao do teclado matricial 4x4

O teclado matricial 4x4 formado por quatro linhas e por quadro colunas. Quando um boto

pressionado, a linha e a coluna, onde o boto pressionado est localizado, so conectadas.

Com isso, pode-se definir a posio daquele boto. Para que o microcontrolador saiba qual

boto foi pressionado, ele deve estar constantemente lendo as linhas ou as colunas e

identificar uma mudana de estado. Essa mudana de estado pode ser de um degrau positivo

(0 para 1), ou um degrau negativo (1 para 0) dependendo da lgica escolhida.

Para ligar o teclado nas portas do microcontrolador, necessrio a utilizao de resistores

ligados ao VCC para que seja possvel a identificao de nvel lgico 1 quando o boto no

estiver pressionado, quando pressionado, o nvel lgica vai para 0. Entretanto, nesse projeto,

no utilizou-se de resistores externos para o teclado matricial, o microcontrolador possui uma

funo interna de resistor, pull-up, na qual foi utilizada para evitar o uso de mais

componentes, tornando assim o projeto mais barato (Figura 4.5).


41/46

40

FIGURA 4.5 - Programao dos resistores internos de pull-up.

4.8 Programao do sistema de senha principal

Para o sistema de senha o usurio far um pr-cadastro atravs de um boto localizado na

placa de circuito impresso, como essa placa fica no interior da sala a qual se utilizar o

sistema de segurana, com isso, somente o usurio que tem acesso ao ambiente, poder alter-

la. Pode-se tambm fazer uma estrutura com chave, para fechar o sistema de circuito

impresso, para que nem todos os usurio do ambiente possam mudar a senha.

A Figura 4.6 mostra a imagem de quando o boto de senha principal pressionado.

Apenas 6 dgitos

Senha:

FIGURA 4.6 - Display ao pressionar o boto de cadastro de senha.

Aps digitar os seis nmeros, deve-se apertar novamente o boto de cadastro de senha. Uma

mensagem de "Password Gravada" ser informada. A senha principal gravada na memria

EEPROM do microcontrolador, dessa maneira a senha no ser perdida caso haja uma falta de

energia (Figura 4.7).


42/46

41

FIGURA 4.7 - Cdigo para gravao na EEPROM

4.9 Programao do sistema de senha geral

O sistema de senha geral a senha que o usurio entrar no dispositivo quando deseja fazer o

acesso a um ambiente controlado. Essa programao funciona semelhante ao da senha

principal, com a diferena que no h uma gravao da senha e que ao final da digitao da

senha necessrio apertar a tecla C para confirmar. A tela inicial do sistema consta de uma

frase que pode ser pr-programada, no caso desse trabalho a frase a seguinte: "Laboratrio

de Elet. Digital", quando o usurio aperta qualquer tecla, a tela alterna para o modo de entrada

de senha da mesma forma que foi mostrada na figura 4.4, caso no entre com a senha, o

sistema retorna a tela inicial. Aps digitar os 6 nmeros dever ser acionado a tecla C para

confirmar, caso a senha seja compatvel com a senha principal, o rele acionado, abrindo a

fechadura eltrica, o L.E.D verde ligado, e a frase de "PASSWORD CORRETA" ser

informada.

Para fazer essa comparao, a senha principal quando digitada armazenada em um vetor de

6 posies. Quando digita-se a senha geral, ela tambm colocado em um vetor de 6

posies, mas no armazenada. O programa, atravs de um lao, faz a comparao dasposies do vetor de senha principal com o vetor de senha geral, caso senha compatvel, ela

executa todos os procedimentos citados anteriormente (Figura 4.8).


43/46

42

FIGURA 4.8 - Funo que compara a senha principal com a senha geral

Aps a verificao da senha, o vetor de senha geral resetado.

Caso a senha esteja incorreta, um alarme sonoro, buzzer, ir informar o erro da senha, caso a

senha seja introduzida 5 vezes erroneamente, o sistema trava por um perodo de 10 minutos,sendo esse mostrado em contagem regressiva no display que ao chegar ao trmino, retorna a

tela principal.


44/46

5 CONCLUSO

Com a realizao deste trabalho, pde-se observar o pleno funcionamento do equipamento,

como esperado. O controle da fechadura pode ser efetivado de forma prtica e segura. Todos

os componentes funcionaram da forma correta, tanto a parte de controle como a parte fsica. O

projeto foi realizado utilizando um microcontrolador da famlia PIC18F, j que o mesmo

apresenta conexo USB que permite uma conexo com o notebook, mas pode-se realizar o

mesmo trabalho com um microcontrolador da famlia PIC16F, reduzindo significadamente o

custo do projeto. Outra melhoria que pode ser realiza na programao. Pode-se aumentar no

nmero de senhas gravadas e identificar cada senha de acordo com o usurio, no caso de

ambientes acessados por vrias pessoas, ou at mesmo incluir um leitor biomtrico. Ento, o

projeto alm de funcional e de baixo custo, bastante flexvel, o que permite adequar o

projeto de acordo com a necessidade, de forma rpida e simples, j que a estrutura base est

pronta.

Sugestes para trabalho futuro:

Criao de supervisrio com interface USB para cadastro de usurios e senhas.

Criao de banco de dados sobre o acesso seguro ao ambiente controlado.

Transmisso de dados via Bluetooth ou wireless.


45/46

44

REFERNCIAS

BARBACENA, Ilton L.; FLEURY, Claudio A. DISPLAY LCD, 1996.

DAL COL, Robson. Prototipagem, Projeto, Fabricao e Montagem de PCIs,

Ouro Preto: 2011.

DE FARIAS SANTOS, Katyusco; VICTOR DA SILVA, Mariana; GLEIDSON DA

SILVA SANTOS, Ubiratan; OLIVEIRA JUNIOR, Jardenes F.; LIMA DOS

SANTOS, Dalasiel. Um componente de software para integrar leitores de

biometria a um sistema de controle de acesso, Par: 2009.

Faa voc mesmo. Processo de transferncia da imagem para a placa cobreada .

Figura Disponvel em:< http://www.facavocemesmo.net/como-fazer-placas-de-

circuito-impresso-pelo-metodo-de-transferencia-termica/> Acessado em Junho de

2012.

MICROCHIP. PIC18F2455/2550/4455/4550 Data Sheet, U.S.A: 2009.

MIYADAIRA, Alberto N. Microcontroladores PIC18, So Paulo: Edrica, 2009.

MORAES, Fernando G.; AMORY, Alexandre M.; JNIOR, Juracy P. Sistema

integrado e multiplataforma para controle remoto de residncias, Rio Grande do

Sul: 2001.

OLIVEIRA, A.S.; ANDRADE, F.S. Sistemas Embarcados Hardware e Firmware

na Prtica.Edrica, So Paulo: 2006.

PANNONI, Fabio D. Princpios da proteo de estruturas metlicas em situao

de corroso e incndio, Ouro Branco: 2007.


46/46

45

SANTOS, Dalasiel L.; OLIVEIRA JUNIOR, Jardenes F.; LOPES, Jean F.; SANTOS,

Katyusco de F. Um sistema de controle de acesso utilizando: apis javacomm e

jdbc, microcontrolador pic e banco de dados relacional, Pernambuco: 2007.

SOUZA, Carlos Diego; NETO, Jos Romualdo. Sistema Microcontrolado para

Monitoramento de Prdios Inteligentes.

TORRES, Fernando; MARTINS, Henrique. Apostila didtica PICMINAS, Belo

Horizonte: 2011.

YUAN, Guangxiu. Technical data sheet 5.0mm round type LED lamps, Taiwan:

2004.

Felipe Vilerla Nunes

Documents

Transcript of Felipe Vilerla Nunes